CN107171586A - 一种单相并网逆变器、单相并网逆变电路及控制方法 - Google Patents

一种单相并网逆变器、单相并网逆变电路及控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种单相并网逆变器、单相并网逆变电路及控制方法。其中单相并网逆变器包括：并接在直流电源两端的电容、控制模块、第一全桥逆变模块、第二全桥逆变模块。通过本发明，在传统单相单级全桥逆变拓扑结构上增加一级单相全桥逆变结构，两级全桥逆变拓扑结构均采用正弦脉宽调制，其中任意一级全桥逆变拓扑结构中晶体管的开关脉冲相对于另一级全桥逆变拓扑结构中同等位置的晶体管的开关脉冲超前或延时半周期。减小了整个单相逆变系统寄生电容上的高频时变电压，减小了共模漏电流，提高了逆变器效率，并且符合安规和认证标准。

Description

一种单相并网逆变器、单相并网逆变电路及控制方法
技术领域
本发明涉及电路技术领域，具体而言，涉及一种单相并网逆变器、单相并网逆变电路及控制方法。
背景技术
在相关技术中，并网逆变器是把直流电逆变成交流电并到电网。单相并网逆变器一般是通过全桥逆变电路把直流逆变成交流输送给电网，且单相并网逆变器一般采用单级全桥拓扑结构。
图1是相关技术中单级全桥逆变电路的结构示意图，如图1所示，全桥逆变电路包括：电源PV，电容C，晶体管S1、S2、S3、S4，二极管D1、D2、D3、D4，电感L1、L2。为追求较高逆变效率和较小的输出电流谐波，单相并网逆变器大多采用单极性调制工作。但是，单极性调制工作会让逆变器有较大的共模漏电流，导致逆变器效率的降低，同时也是很多国内认证标准和国外认证标准不容许的。
图2是相关技术中单级全桥逆变电路漏电流示意图，如图2所示，C2为PV电池板对大地的寄生电容，I为系统漏电流。当晶体管S1、S2、S3、S4和二极管D1、D2、D3、D4按单极性调制工作时，晶体管的高频通断会产生高频时变电压作用在C2上，这样就会带来较大漏电流I。
所以，提高单相并网逆变器效率，减小逆变器漏电流，是急需解决的问题。
针对现有技术中单相并网逆变器漏电流较大的问题，目前尚未提出有效的解决方案。
发明内容
本发明实施例中提供一种单相并网逆变器、单相并网逆变电路及控制方法，以解决现有技术中单相并网逆变器漏电流较大的问题。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种单相并网逆变器，其中，包括：并接在直流电源两端的电容、控制模块、第一全桥逆变模块、第二全桥逆变模块；所述第一全桥逆变模块与所述第二全桥逆变模块并联连接，且均接在所述直流电源的两端；所述第一全桥逆变模块与所述第二全桥逆变模块均连接至电网并网发电；所述控制模块，与所述第一全桥逆变模块连接，也与所述第二全桥逆变模块连接，用于控制所述第一全桥逆变模块和所述第二全桥逆变模块，使得所述第一全桥逆变模块中的晶体管相对于所述第二全桥逆变模块中同等位置处的晶体管的开关脉冲超前或延时半周期。
进一步地，所述第一全桥逆变模块包括：晶体管S1、S2、S3、S4，二极管D1、D2、D3、D4，电感L1、L2；其中，所述晶体管S1、S2、S3、S4分别与所述二极管D1、D2、D3、D4并联；所述晶体管S1、S2的输入端接所述直流电源的正极，所述晶体管S1的输出端同时接所述晶体管S3的输入端和所述电感L1的第一端，所述晶体管S2的输出端同时接所述晶体管S4的输入端和所述电感L2的第一端；所述晶体管S3和S4的输出端接所述直流电源的负极；所述电感L1的第二端和所述电感L2的第二端均与所述电网连接。
进一步地，所述第二全桥逆变模块包括：晶体管S5、S6、S7、S8，二极管D5、D6、D7、D8，电感L3、L4；其中，所述晶体管S5、S6、S7、S8分别与所述二极管D5、D6、D7、D8并联；所述晶体管S5、S6的输入端接所述直流电源的正极，所述晶体管S5的输出端同时接所述晶体管S7的输入端和所述电感L3的第一端，所述晶体管S6的输出端同时接所述晶体管S8的输入端和所述电感L4的第一端；所述晶体管S7和S8的输出端接所述直流电源的负极；所述电感L3的第二端和所述电感L4的第二端均与所述电网连接。
进一步地，所述第一全桥逆变模块和所述第二全桥逆变模块共用直流母线。
进一步地，所述第一全桥逆变模块和所述第二全桥逆变模块均按照正弦脉宽调制工作。
进一步地，所述控制模块是中央处理器CPU。
进一步地，所述控制模块为一个或两个。
进一步地，当所述控制模块为两个时，两个所述控制模块分别控制所述第一全桥逆变模块和所述第二全桥逆变模块。
本发明还提供了一种单相并网逆变电路，其中包括：控制模块、第一全桥逆变模块、第二全桥逆变模块；其中，所述第一全桥逆变模块与所述第二全桥逆变模块并联连接，且均接在直流电源的两端；所述控制模块，与所述第一全桥逆变模块连接，也与所述第二全桥逆变模块连接，用于控制所述第一全桥逆变模块和所述第二全桥逆变模块，使得所述第一全桥逆变模块中的晶体管相对于所述第二全桥逆变模块中同等位置处的晶体管的开关脉冲超前或延时半周期。
进一步地，所述第一全桥逆变模块包括：晶体管S1、S2、S3、S4，二极管D1、D2、D3、D4，电感L1、L2；其中，所述晶体管S1、S2、S3、S4分别与所述二极管D1、D2、D3、D4并联；所述晶体管S1、S2的输入端接所述直流电源的正极，所述晶体管S1的输出端同时接所述晶体管S3的输入端和所述电感L1的第一端，所述晶体管S2的输出端同时接所述晶体管S4的输入端和所述电感L2的第一端；所述晶体管S3和S4的输出端接所述直流电源的负极；所述电感L1的第二端和所述电感L2的第二端均与所述电网连接。
进一步地，所述第二全桥逆变模块包括：晶体管S5、S6、S7、S8，二极管D5、D6、D7、D8，电感L3、L4；其中，所述晶体管S5、S6、S7、S8分别与所述二极管D5、D6、D7、D8并联；所述晶体管S5、S6的输入端接所述直流电源的正极，所述晶体管S5的输出端同时接所述晶体管S7的输入端和所述电感L3的第一端，所述晶体管S6的输出端同时接所述晶体管S8的输入端和所述电感L4的第一端；所述晶体管S7和S8的输出端接所述直流电源的负极；所述电感L3的第二端和所述电感L4的第二端均与所述电网连接。
进一步地，所述第一全桥逆变模块和所述第二全桥逆变模块共用直流母线。
进一步地，所述第一全桥逆变模块和所述第二全桥逆变模块均按照正弦脉宽调制工作。
进一步地，所述控制模块是中央处理器CPU。
进一步地，所述控制模块为一个或两个。
进一步地，当所述控制模块为两个时，两个所述控制模块分别控制所述第一全桥逆变模块和所述第二全桥逆变模块。
进一步地，所述单相并网逆变电路还包括：并接在所述直流电源两端的电容，所述第一全桥逆变模块与所述第二全桥逆变模块均连接至电网并网发电。
本发明还提供了一种单相并网逆变器的控制方法，其中，该方法包括：向所述单相并网逆变器发送控制信号；其中，所述控制信号用于控制所述单相并网逆变器中第一全桥逆变模块中的晶体管相对于第二全桥逆变模块中同等位置处的晶体管的开关脉冲超前或延时半周期。
应用本发明的技术方案，在传统单相单级全桥逆变拓扑结构上增加一级单相全桥逆变结构，两级全桥逆变拓扑结构均采用正弦脉宽调制，其中任意一级全桥逆变拓扑结构中晶体管的开关脉冲相对于另一级全桥逆变拓扑结构中同等位置的晶体管的开关脉冲超前或延时半周期。这样减小了整个单相并网逆变器寄生电容上的高频时变电压，减小了共模漏电流，提高了逆变器效率，并且符合安规和认证标准。
附图说明
图1是相关技术中单级全桥逆变电路的结构示意图；
图2是相关技术中单级全桥逆变电路漏电流示意图；
图3是根据本发明实施例的单相并网逆变器的结构图；
图4是根据本发明实施例的第一全桥逆变模块和第二全桥逆变模块中晶体管工作时序示意图；
图5是根据本发明实施例的单相并网逆变器漏电流示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细描述，但不作为对本发明的限定。
实施例一
图3是根据本发明实施例的单相并网逆变器的结构图，如图3所示，单相并网逆变器包括：并接在直流电源两端的电容、控制模块、第一全桥逆变模块、第二全桥逆变模块；其中，第一全桥逆变模块与第二全桥逆变模块并联连接，且均接在直流电源的两端；控制模块，与第一全桥逆变模块连接，也与第二全桥逆变模块连接，用于控制第一全桥逆变模块和第二全桥逆变模块，使得第一全桥逆变模块中的晶体管相对于第二全桥逆变模块中同等位置处的晶体管的开关脉冲超前或延时半周期。
在本发明中，第一全桥逆变模块包括：晶体管S1、S2、S3、S4，二极管D1、D2、D3、D4，电感L1、L2；其中，晶体管S1、S2、S3、S4分别与二极管D1、D2、D3、D4并联；晶体管S1、S2的输入端接直流电源的正极，晶体管S1的输出端同时接晶体管S3的输入端和电感L1的第一端，晶体管S2的输出端同时接晶体管S4的输入端和电感L2的第一端；晶体管S3和S4的输出端接直流电源的负极；电感L1的第二端和电感L2的第二端均与电网连接，电感L1和电感L2输出交流电。
在本发明中，第二全桥逆变模块包括：晶体管S5、S6、S7、S8，二极管D5、D6、D7、D8，电感L3、L4；其中，晶体管S5、S6、S7、S8分别与二极管D5、D6、D7、D8并联；晶体管S5、S6的输入端接直流电源的正极，晶体管S5的输出端同时接晶体管S7的输入端和电感L3的第一端，晶体管S6的输出端同时接晶体管S8的输入端和电感L4的第一端；晶体管S7和S8的输出端接直流电源的负极；电感L3的第二端和电感L4的第二端均与电网连接，电感L3和电感L4输出交流电。
在本发明中，第一全桥逆变模块中的晶体管S1与第二全桥逆变模块中的晶体管S5处于同等位置，同样地，S2与S6，S3与S7，S4与S8也处于同等位置。
第一全桥逆变模块与第二全桥逆变模块共用直流母线。第一全桥逆变模块与第二全桥逆变模块均按正弦脉宽调制工作。
在本发明中，控制模块可以是一个或两个。当控制模块为两个时，两个控制模块分别控制第一全桥逆变模块和第二全桥逆变模块。控制模块可以是CPU(Central ProcessingUnit，中央处理器)，即第一全桥逆变模块、第二全桥逆变模块均由单相并网逆变器中的CPU控制，第二全桥逆变模块中的晶体管的开关脉冲相对于第一全桥逆变模块中同等位置处晶体管的开关脉冲超前或延时半周期。基于此，可以减小漏电流，提高单相并网逆变器的效率。
在本发明的单相并网逆变器中，可由同一CPU控制第一全桥逆变模块和第二全桥逆变模块(如图3中所示)；也可由两个CPU分别控制第一全桥逆变模块和第二全桥逆变模块，两个CPU之间互相通讯。
图4是根据本发明实施例的第一全桥逆变模块和第二全桥逆变模块中晶体管工作时序示意图，如图4所示，第一全桥逆变模块中晶体管S1与第二全桥逆变模块种晶体管S5处于同等位置，二者的开关脉冲错开半周期；同样地，S2与S6的开关脉冲错开半周期，S3与S7的开关脉冲错开半周期，S4与S8的开关脉冲错开半周期。
图5是根据本发明实施例的单相并网逆变器漏电流示意图，如图5所示，C2为PV电池板对大地的寄生电容，I为系统漏电流。本实施例中的第一全桥逆变模块与第二全桥逆变模块构成双级全桥逆变结构。第一全桥逆变模块单极性调制工作，会产生高频时变电压于C2上。但是，第二全桥逆变模块也和第一全桥逆变模块一样单极性调制工作，且第二全桥逆变模块中晶体管的开关脉冲比第一全桥逆变模块中同等位置的晶体管的开关脉冲超前或延时半周期，因此，第二全桥逆变模块中晶体管的高频开关产生高频时变电压超前或延时半周期加在C2上，相当于减小了C2高频时变电压。从而使得漏电流I减小。
实施例二
本发明还提供了一种单相并网逆变电路，单相并网逆变电路包括：控制模块、第一全桥逆变模块、第二全桥逆变模块；其中，第一全桥逆变模块与第二全桥逆变模块并联连接，且均接在直流电源的两端；控制模块，与第一全桥逆变模块连接，也与第二全桥逆变模块连接，用于控制第一全桥逆变模块和第二全桥逆变模块，使得第一全桥逆变模块中的晶体管相对于第二全桥逆变模块中同等位置处的晶体管的开关脉冲超前或延时半周期。
在本发明中，第一全桥逆变模块包括：晶体管S1、S2、S3、S4，二极管D1、D2、D3、D4，电感L1、L2；其中，晶体管S1、S2、S3、S4分别与二极管D1、D2、D3、D4并联；晶体管S1、S2的输入端接直流电源的正极，晶体管S1的输出端同时接晶体管S3的输入端和电感L1的第一端，晶体管S2的输出端同时接晶体管S4的输入端和电感L2的第一端；晶体管S3和S4的输出端接直流电源的负极；电感L1的第二端和电感L2的第二端均与电网连接，电感L1和电感L2输出交流电。
在本发明中，第二全桥逆变模块包括：晶体管S5、S6、S7、S8，二极管D5、D6、D7、D8，电感L3、L4；其中，晶体管S5、S6、S7、S8分别与二极管D5、D6、D7、D8并联；晶体管S5、S6的输入端接直流电源的正极，晶体管S5的输出端同时接晶体管S7的输入端和电感L3的第一端，晶体管S6的输出端同时接晶体管S8的输入端和电感L4的第一端；晶体管S7和S8的输出端接直流电源的负极；电感L3的第二端和电感L4的第二端均与电网连接，电感L3和电感L4输出交流电。
在本发明中，第一全桥逆变模块中的晶体管S1与第二全桥逆变模块中的晶体管S5处于同等位置，同样地，S2与S6，S3与S7，S4与S8也处于同等位置。
第一全桥逆变模块与第二全桥逆变模块共用直流母线。第一全桥逆变模块与第二全桥逆变模块均按正弦脉宽调制工作。
在本发明中，控制模块可以是一个或两个。当控制模块为两个时，两个控制模块分别控制第一全桥逆变模块和第二全桥逆变模块。控制模块可以是CPU(Central ProcessingUnit，中央处理器)，即第一全桥逆变模块、第二全桥逆变模块均由单相并网逆变电路中的CPU控制，第二全桥逆变模块中的晶体管的开关脉冲相对于第一全桥逆变模块中同等位置处晶体管的开关脉冲超前或延时半周期。基于此，可以减小漏电流，提高单相并网逆变电路的效率。
在本发明的单相并网逆变电路中，可由同一CPU控制第一全桥逆变模块和第二全桥逆变模块(如图3中所示)；也可由两个CPU分别控制第一全桥逆变模块和第二全桥逆变模块，两个CPU之间互相通讯。
实施例三
本发明还提供了一种单相并网逆变器的控制方法，即向单相并网逆变器发送控制信号；其中，该控制信号用于控制单相并网逆变器中第一全桥逆变模块中的晶体管相对于第二全桥逆变模块中同等位置处的晶体管的开关脉冲超前或延时半周期。从而减小了共模漏电流，提高了逆变器效率。
从以上的描述中可知，本发明的技术方案是在传统单相单级全桥逆变拓扑结构上增加一级单相全桥逆变结构，整个单相并网逆变器采用两级全桥逆变拓扑结构，两级全桥逆变拓扑结构共用直流母线，两级全桥逆变拓扑结构均同时工作逆变成交流，且整个单相并网逆变器同时控制两级全桥逆变拓扑结构。
两级全桥逆变拓扑结构均采用正弦脉宽调制，其中任意一级全桥逆变拓扑结构中晶体管的开关脉冲相对于另一级全桥逆变拓扑结构中同等位置的晶体管的开关脉冲超前或延时半周期。这样减小了整个单相并网逆变器寄生电容上的高频时变电压，减小了共模漏电流，提高了逆变器效率，并且符合安规和认证标准。
本发明相比于现有技术的单级全桥逆变电路，至少存在以下优点：
(1)在应对大功率大电流时，单级全桥逆变电路不能满足功率电流要求，只能采用本发明的两级全桥逆变拓扑结构；
(2)在并网逆变器中，晶体管选择多大功率和电流，有两种情况，一种是选择与并网逆变器功率匹配的功率和电流，另一种是选择大于并网逆变器的功率和电流。根据晶体管半导体特性可知，较大功率量程的晶体管与中等功率量程的晶体管工作在同等功率电流时，较大功率量程的晶体管效率会高。基于此，如果现有技术的单级全桥逆变电路中所有晶体管与本发明的并网逆变器中所有晶体管采用完全一样晶体管，那么本发明相比现有技术，只需要一半功率，因此本发明的效率更高。
(3)现有技术的单级全桥逆变电路采用单极性调制工作，有较大的共模漏电流。本发明的两级全桥逆变拓扑结构中每个逆变拓扑也采用单极性调制工作，但是两级全桥逆变拓扑结构中位置相对应的晶体管采用特殊的超前或延时工作时序模式，减小了寄生电容上的高频时变电压，从而减小了共模漏电流。
当然，以上是本发明的优选实施方式。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明基本原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (18)

1.一种单相并网逆变器，其特征在于，包括：并接在直流电源两端的电容、控制模块、第一全桥逆变模块、第二全桥逆变模块；其中，
所述第一全桥逆变模块与所述第二全桥逆变模块并联连接，且均接在所述直流电源的两端；
所述控制模块，与所述第一全桥逆变模块连接，也与所述第二全桥逆变模块连接，用于控制所述第一全桥逆变模块和所述第二全桥逆变模块，使得所述第一全桥逆变模块中的晶体管相对于所述第二全桥逆变模块中同等位置处的晶体管的开关脉冲超前或延时半周期。
2.根据权利要求1所述的单相并网逆变器，其特征在于，所述第一全桥逆变模块包括：晶体管S1、S2、S3、S4，二极管D1、D2、D3、D4，电感L1、L2；其中，
所述晶体管S1、S2、S3、S4分别与所述二极管D1、D2、D3、D4并联；
所述晶体管S1、S2的输入端接所述直流电源的正极，所述晶体管S1的输出端同时接所述晶体管S3的输入端和所述电感L1的第一端，所述晶体管S2的输出端同时接所述晶体管S4的输入端和所述电感L2的第一端；所述晶体管S3和S4的输出端接所述直流电源的负极；
所述电感L1的第二端和所述电感L2的第二端均与所述电网连接。
3.根据权利要求1所述的单相并网逆变器，其特征在于，所述第二全桥逆变模块包括：晶体管S5、S6、S7、S8，二极管D5、D6、D7、D8，电感L3、L4；其中，
所述晶体管S5、S6、S7、S8分别与所述二极管D5、D6、D7、D8并联；
所述晶体管S5、S6的输入端接所述直流电源的正极，所述晶体管S5的输出端同时接所述晶体管S7的输入端和所述电感L3的第一端，所述晶体管S6的输出端同时接所述晶体管S8的输入端和所述电感L4的第一端；所述晶体管S7和S8的输出端接所述直流电源的负极；
所述电感L3的第二端和所述电感L4的第二端均与所述电网连接。
4.根据权利要求1所述的单相并网逆变器，其特征在于，所述第一全桥逆变模块和所述第二全桥逆变模块共用直流母线。
5.根据权利要求1所述的单相并网逆变器，其特征在于，所述第一全桥逆变模块和所述第二全桥逆变模块均按照正弦脉宽调制工作。
6.根据权利要求1所述的单相并网逆变器，其特征在于，所述控制模块是中央处理器CPU。
7.根据权利要求1所述的单相并网逆变器，其特征在于，所述控制模块为一个或两个。
8.根据权利要求7所述的单相并网逆变器，其特征在于，当所述控制模块为两个时，两个所述控制模块分别控制所述第一全桥逆变模块和所述第二全桥逆变模块。
9.一种单相并网逆变电路，其特征在于，包括：控制模块、第一全桥逆变模块、第二全桥逆变模块；其中，
所述第一全桥逆变模块与所述第二全桥逆变模块并联连接，且均接在直流电源的两端；
所述控制模块，与所述第一全桥逆变模块连接，也与所述第二全桥逆变模块连接，用于控制所述第一全桥逆变模块和所述第二全桥逆变模块，使得所述第一全桥逆变模块中的晶体管相对于所述第二全桥逆变模块中同等位置处的晶体管的开关脉冲超前或延时半周期。
10.根据权利要求9所述的单相并网逆变电路，其特征在于，所述第一全桥逆变模块包括：晶体管S1、S2、S3、S4，二极管D1、D2、D3、D4，电感L1、L2；其中，
所述晶体管S1、S2、S3、S4分别与所述二极管D1、D2、D3、D4并联；
所述晶体管S1、S2的输入端接所述直流电源的正极，所述晶体管S1的输出端同时接所述晶体管S3的输入端和所述电感L1的第一端，所述晶体管S2的输出端同时接所述晶体管S4的输入端和所述电感L2的第一端；所述晶体管S3和S4的输出端接所述直流电源的负极；
所述电感L1的第二端和所述电感L2的第二端均与所述电网连接。
11.根据权利要求9所述的单相并网逆变电路，其特征在于，所述第二全桥逆变模块包括：晶体管S5、S6、S7、S8，二极管D5、D6、D7、D8，电感L3、L4；其中，
所述晶体管S5、S6、S7、S8分别与所述二极管D5、D6、D7、D8并联；
所述晶体管S5、S6的输入端接所述直流电源的正极，所述晶体管S5的输出端同时接所述晶体管S7的输入端和所述电感L3的第一端，所述晶体管S6的输出端同时接所述晶体管S8的输入端和所述电感L4的第一端；所述晶体管S7和S8的输出端接所述直流电源的负极；
所述电感L3的第二端和所述电感L4的第二端均与所述电网连接。
12.根据权利要求9所述的单相并网逆变电路，其特征在于，所述第一全桥逆变模块和所述第二全桥逆变模块共用直流母线。
13.根据权利要求9所述的单相并网逆变电路，其特征在于，所述第一全桥逆变模块和所述第二全桥逆变模块均按照正弦脉宽调制工作。
14.根据权利要求9所述的单相并网逆变电路，其特征在于，所述控制模块是中央处理器CPU。
15.根据权利要求9所述的单相并网逆变电路，其特征在于，所述控制模块为一个或两个。
16.根据权利要求15所述的单相并网逆变电路，其特征在于，当所述控制模块为两个时，两个所述控制模块分别控制所述第一全桥逆变模块和所述第二全桥逆变模块。
17.根据权利要求9所述的单相并网逆变电路，其特征在于，所述单相并网逆变电路还包括：并接在所述直流电源两端的电容，以及，电网，所述第一全桥逆变模块与所述第二全桥逆变模块均连接至所述电网并网发电。
18.一种权利要求1至8中任一项所述的单相并网逆变器的控制方法，其特征在于，包括：
向所述单相并网逆变器发送控制信号；其中，所述控制信号用于控制所述单相并网逆变器中第一全桥逆变模块中的晶体管相对于第二全桥逆变模块中同等位置处的晶体管的开关脉冲超前或延时半周期。
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